本发明专利技术涉及一种污染物响应型纳米零价铁复合功能材料及其应用。所述污染物响应型纳米零价铁复合功能材料，包括纳米零价铁和纳米智能水凝胶材料。所述纳米智能水凝胶作为壳层材料，包裹由所述纳米零价铁组成的核层材料。纳米智能水凝胶外壳可以保护所述污染物响应型纳米零价铁复合材料，使其不易被氧化、不易团聚且具有良好的流动性；同时此材料在较高浓度污染物三氯乙烯的存在下外壳皱缩失水，将内部包裹的纳米零价铁暴露在外，产生对污染物三氯乙烯智能响应的特性。这种污染物响应性可以极大降低纳米零价铁在抵达污染源途中的氧化损耗，极大地提高其电子利用率，在地下水重质非水相污染物修复领域具有非常广阔的应用前景。水相污染物修复领域具有非常广阔的应用前景。水相污染物修复领域具有非常广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种污染物响应型纳米零价铁复合功能材料及其应用
[0001]本专利技术涉及环境功能纳米材料领域，尤其涉及一种污染物响应型纳米零价铁复合功能材料及其应用。
技术介绍
[0002]纳米零价铁(nZVI)具有优越的还原活性和广谱的还原性，可用于水体污染物的原位修复，是一种常用的水体污染修复材料，在废水处理及地下水修复等领域得到了广泛的应用。然而，在实际应用中纳米零价铁还存在诸多问题：(1)纳米零价铁易被氧化为氧化亚铁和氧化铁而使活性降低；(2)纳米零价铁存在铁磁性，易于发生团聚从而使其比表面积减小，且大大降低了纳米零价铁在水中的流动性，抑制了纳米零价铁在水体中的迁移性，难以迁移到地下水低渗区。并且团聚现象会使得内层纳米零价铁无法释放，降低纳米零价铁的利用率。
[0003]中国专利CN113769721A提供了一种新型木质素水凝胶负载纳米零价铁材料的制备方法及其应用，其制备方法是以机械强度高、官能团多的木质素接枝共聚复合吸附水凝胶作为基质并负载纳米零价铁构成复合材料，从而更好地分散纳米零价铁，加快其还原速率；中国专利CN110342626A提供了一种纳米零价铁插层蒙脱土负载水凝胶的制备方法，这种材料可以有效阻止纳米零价铁的团聚，提高纳米零价铁的反应活性和利用率，而且材料所具有的良好流动性使其能够充分的与污染物接触，高效降解污染物。
[0004]现有技术存在的缺点是：(1)有机物负载纳米零价铁仅能解决纳米零价铁的磁性团聚问题，而不能阻止纳米零价铁在使用中存在的副反应，不可避免的会存在氧化腐蚀等副反应，降低纳米零价铁的电子利用率。(2)有机物包覆改性纳米零价铁会在纳米零价铁颗粒表面形成包覆层，但完整的包覆层会阻止内层纳米零价铁的释放，从而减小纳米零价铁与污染物的接触面积，抑制纳米零价铁对污染物的降解能力。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种污染物响应型纳米零价铁复合功能材料及其制备方法与应用。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种污染物响应型纳米零价铁复合功能材料，所述污染物响应型纳米零价铁复合功能材料通过以下步骤制备得到：
[0007](1)依次将2.0～2.5g N
‑
异丙基丙烯酰胺、0.5～0.8g N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺和0.5～0.8g十二烷基磺酸钠加入到150～200mL去离子水中，磁力搅拌均匀，得到混合溶液1；然后通入氮气，待完全除氧后，在氮气气氛下，将所述混合溶液1升温至75℃；随后加入5～6mL浓度为0.1～0.15mol/L的除氧后的过硫酸铵溶液，在75℃下反应6～12h，得到混合溶液2；将混合溶液2降温至20～25℃并转移至透析袋中，然后将所述透析袋浸没于去离子水中进行透析，每12～15h更换一次透析液，共透析72～96h，得到聚N
‑
异丙基丙烯酰胺纳米智能水凝胶；
[0008](2)将2.0～2.2g步骤(1)得到的聚N
‑
异丙基丙烯酰胺纳米智能水凝胶溶于200～220mL去离子水中，然后加入10～20mL浓度为2.0～2.2mol/L的六水三氯化铁溶液，磁力搅拌48～72h，得到混合溶液3；随后将混合溶液3转移至透析袋中，然后将所述透析袋浸没于pH为1.8～2.0的盐酸溶液中，每12～15h更换一次透析液，共透析72～96h，得到吸附Fe
3+
的聚N
‑
异丙基丙烯酰胺纳米智能水凝胶；
[0009](3)对步骤(2)得到的吸附Fe
3+
的聚N
‑
异丙基丙烯酰胺纳米智能水凝胶通入氮气，待完全除氧后，加入0.05～0.055g六水三氯化铁，再加入20～25mL浓度为10～12g/L的除氧后的硼氢化钾溶液，反应0.5～1h后经磁性分离和超纯水洗涤，并冷却至室温，得到污染物响应型纳米零价铁复合功能材料。
[0010]第二方面，本专利技术提供了一种污染物响应型纳米零价铁复合功能材料在三氯乙烯污染修复中的应用。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012](1)本材料以纳米智能水凝胶作为壳层材料，在具有极为优秀的流动性和分散性的同时，对内层纳米零价铁起到了保护作用，抑制了纳米零价铁的氧化损耗，提高了纳米零价铁的利用率；
[0013](2)本材料所采用的聚N
‑
异丙基丙烯酰胺水凝胶材料是一种两亲性纳米智能水凝胶，在地下水和低浓度的地下水重质非水相有机污染物(DNAPL)存在的情况下能通过吸附作用去除污染物并具有良好的稳定性，而在高浓度DNAPL存在的环境下，所述外壳聚N
‑
异丙基丙烯酰胺纳米智能水凝胶会更倾向于与DNAPL结合，排出结合水失水皱缩，将内层骨架上的纳米零价铁暴露出来进行降解反应；甚至在大量非水相DNAPL存在下，所述聚N
‑
异丙基丙烯酰胺纳米智能水凝胶会被DNAPL直接溶解，将裸露的纳米零价铁暴露出来充分与DNAPL接触，极大地提高材料的利用效率。
附图说明
[0014]图1为污染物响应型纳米零价铁复合功能材料吸水状态下在1μm尺度下的SEM图；
[0015]图2为污染物响应型纳米零价铁复合功能材料吸水状态下在100nm尺度下的SEM图；
[0016]图3为污染物响应型纳米零价铁复合功能材料完全脱水后在200nm尺度下的TEM图；
[0017]图4为污染物响应型纳米零价铁复合功能材料完全脱水后在100nm尺度下的TEM图；
[0018]图5为污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对低浓度污染物三氯乙烯去除情况的实验结果图；
[0019]图6为污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对高浓度污染物TCE去除情况的实验结果图；
[0020]图7为污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对模拟DNAPL环境下污染物TCE去除情况的实验结果图；
[0021]图8为污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对污染物TCE的响应情况的实验结果图，其中，图8(a)为0min时污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对污染物TCE的响应情
况的实验结果图；图8(b)为5min时污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对污染物TCE的响应情况的实验结果图；图8(c)为10min时污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对污染物TCE的响应情况的实验结果图；图8(d)为15min时污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对污染物TCE的响应情况的实验结果图；图8(e)为30min时污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对污染物TCE的响应情况的实验结果图；图8(f)为60min时污染物响应型纳米零价铁复合功能材料对污染物TCE的响应情况的实验结果图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加明白清楚，结合附图和实施例，对本专利技术进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种污染物响应型纳米零价铁复合功能材料，其特征在于，所述污染物响应型纳米零价铁复合功能材料通过以下步骤制备得到：(1)依次将2.0～2.5g N
‑
异丙基丙烯酰胺、0.5～0.8g N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺和0.5～0.8g十二烷基磺酸钠加入到150～200mL去离子水中，磁力搅拌均匀，得到混合溶液1；然后通入氮气，待完全除氧后，在氮气气氛下，将所述混合溶液1升温至75℃；随后加入5～6mL浓度为0.1～0.15mol/L的除氧后的过硫酸铵溶液，在75℃下反应6～12h，得到混合溶液2；将混合溶液2降温至20～25℃并转移至透析袋中，然后将所述透析袋浸没于去离子水中进行透析，每12～15h更换一次透析液，共透析72～96h，得到聚N
‑
异丙基丙烯酰胺纳米智能水凝胶；(2)将2.0～2.2g步骤(1)得到的聚N
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异丙基丙烯酰胺纳米智...
【专利技术属性】
技术研发人员：林道辉，桑楷健，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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